基于wMPS和模糊控制的AGV路径规划控制

针对大空间自动导引车(AGV)的高精度路径规划控制应用,提出一种基于工作空间测量定位系统(wMPS)和模糊控制算法相结合的应用模式。事先规划好AGV路径,采用wMPS对AGV实时位姿进行精确测量,通过模糊控制算法输出实时调整AGV的前进速度和旋转角速度。算法仿真与实验结果表明,AGV的定位精度优于2.5 mm,能够保证AGV的动态导航和定位精度。     

频闪激光光栅条纹实时投射系统

设计了一种高速扫描频闪激光光栅条纹实时投射系统。系统通过现场可编程门阵列(FPGA)实时监测光电探测器信号并控制激光器的调制输出,使高速旋转的多面棱镜与线激光器调制信号精确配合产生稳定、清晰、精密的频闪激光光栅条纹。系统结合了光栅条纹整体投射和线激光光源高精度的特性,具有刷新速度快、条纹分布精度高的特点,且亮度、频率、脉宽、相移可动态编程实时控制。应用该系统对微小尺寸器件进行了测量,获得了准确反映被测器件三维形貌的相位和特征点数据。该系统在高精度快速三维形貌测量中,尤其是工业现场精密器件在线三维检测场合具有广泛的应用前景。     

远距离高精度光学3R定位系统实现方案

本文提出了建立远距离高精度光学3R定位系统的设想,以实现对运载火箭的高精度轨迹测量.文中结合运载火箭的特点,提出了实现光学远距离探测和高精度跟踪瞄准的技术途径,并以高精度跟踪瞄准为基础,分析了激光测距机的远距离测量能力.文中对3R定位精度进行了分析,并与两站交会及单站定位进行了比较.文中还提出了远距离高精度光学3R定位系统的具体实现方案.     

激光跟踪测量系统自校正方法研究

建立了测量系统运动学模型。针对以往在球坐标激光跟踪系统中参考点只能借助于外部更高精度的仪器来校正的缺点,提出了平面约束自校正方法,并对系统进行了自校正研究。仿真结果表明了该方法的有效性。     

基于高速面阵像机扫描成像的弹丸攻角测量方法

攻角是指飞行中弹丸的轴线与其质心运动方向的夹角,是描述弹丸飞行姿态的重要参数,以往都是采用狭缝相机来进行测量。提出了一种基于高速面阵像机测量弹丸攻角的方法。该方法是从面阵序列图像每帧中提取出固定列像元,然后按时序拼接形成一幅图像,等同于线阵扫描的图像;对于扫描速度同影像运动速度不同步时,建立了攻角计算修正模型。采用2台像机从非正交方向进行拍摄,基于面面交会原理,得到三维攻角。实测结果表明:该方法能完成弹速达到1 000 m/s的目标测试,攻角测量精度优于0.1。     

利用光测影像测量飞行目标姿态方法的误差分析

针对一种利用光测图像获取飞行目标空中姿态的方法,建立数学模型,并基于该模型,深入研究了目标姿态角的测量误差问题.结论：像面直线的截距提取误差对交会结果影响很小,倾角提取误差影响较大；两交会平面之间夹角过小将大大降低交会结果的可靠程度,实际测量时必须保证交会角足够大.考虑了该方法使用中的一些细节,为该方法的具体实现提供了依据.     

基于三线结构光的大型圆柱工件直径测量系统

针对工业上一些无法正对待测端面安装相机的直径测量场景,设计了一种由3个激光投线器、1个成像透镜及1个面阵CMOS相机组成的圆柱工件直径测量系统,放置于地面上倾斜投影并成像。搭建了测量系统,从图像中获得亚像素端点坐标,代入标定方程解算世界坐标,并通过几何模型计算待测直径。实验结果表明,该系统能在设计待测值附近准确测量工件的端面直径,测量精度在±0.1 mm以内,满足工业测量高精度要求。     

轨道车辆车体外形尺寸测量系统

为了实现对轨道车辆车体自动化测量,提出了基于激光线结构光的车体外形宽度尺寸测量系统,并对系统的原理模型、图像处理方法、系统标定进行了研究,完成了实际车辆的现场测量实验,并进行试运行。测验结果表明:单个相机在1 000mm左右的测量范围内能达到±0.5mm的精度,满足工业测量的高精度要求。     

轨道车辆车体外形尺寸测量系统

为了实现对轨道车辆车体自动化测量,提出了基于激光线结构光的车体外形宽度尺寸测量系统,并对系统的原理模型、图像处理方法、系统标定进行了研究,完成了实际车辆的现场测量实验,并进行试运行。测验结果表明:单个相机在1 000mm左右的测量范围内能达到±0.5mm的精度,满足工业测量的高精度要求。     

频率扫描干涉法绝对测距中运动误差的补偿研究

在频率扫描干涉法绝对距离测量过程中,目标的运动会对测量结果引入误差,经推导发现运动误差与激光扫频终点频率以及扪频过程中的光程差位移量有关.前者可直接通过高精度波长计测量,对于后者,提出了外差干涉频分复用技术,设计了一种新的频率扫描距离测量干涉仪,可同时实现目标绝对距离和光程差位移量的测量,通过剔除与扫频终点频率和光程差...     

高精度激光倾角测量技术研究

本文提出了一种高精度激光电子二维倾角测量技术,该技术利用液体表面多次光反射,将倾角变化转换成激光光斑的位移,并通过多次光学反射实现光学放大,从而实现了倾角和倾角变化的高精度测量.利用本技术实现的倾角测量仪器具有测量精度高、体积小等优点,经过标定试验系统测量精度达到2.5″.高精度激光电子二维倾角测量系统可广泛应用于水坝安全监测工程、各种建筑和检测领域.     

正交偏振激光角度测量技术综述

机械导轨运动副滚转角的高精度测量一直是一个难题。研究了很多光学方法,但由于其角位移方向正好垂直于探测光束,所以仍没有得到很好的解决。利用激光偏振面对旋转的敏感性,通过测量由此引起的正交偏振激光光强、相位或频差的变化,可有效地解决滚转角的测量问题。介绍了目前国内外基于正交偏振激光的滚转角测量技术,根据其测量原理分为光强差测量、相位差测量和频率差测量三类。对每种测量方法的原理和发展现状进行了评述,比较了各种方法的优缺点,讨论了其发展趋势。     

真空腔测量空气折射率的方法及精度分析

空气折射率的测量及补偿效果在高精度激光干涉测量中起着“瓶颈”作用。分析了空气折射率的补偿原理 ,研究了用预抽气真空腔测量和补偿空气折射率的测量原理、方法及装置 ,分析了该方法对测量误差产生的原因。最后对测量精度作出了估计。     

集成聚焦式测头的纳米测量机用于台阶高度标准的评价

利用集成聚焦式测头的纳米测量机实现了高精度的台阶高度标准评价,该系统的测量范围可以达到25mm×25mm×5mm.描述了纳米测量机的工作原理,通过内嵌激光干涉仪和角度传感器的实时测量与反馈,实现高精度定位与扫描.聚焦式测头只作为零点传感器,与3个激光轴交于一点,避免了阿贝误差影响.通过将聚焦式测头的输出信号引入到纳米测量机的数字信号控制器中,实现定位系统的辅助测量,减小了聚焦式测头的非线性对测量结果的影响.根据ISO 5436-1:2000的评价方法对经过标定的台阶高度进行评价,14次测量的均方根(RMS)偏差为0.237nm.     

基于斜射式激光三角测量锯材宽度的研究

在已有的激光三角测厚技术的基础上提出了激光三角宽度测量的数学模型。模型认为宽度测量分辨率与被测试件宽度无关,与被测试件厚度存在线性关系,当激光和相机光轴的夹角满足一定条件时,宽度分辨率是个常数,此时模型精度最高。利用这个模型结合数字图像处理技术对九种常见规格的锯材试件进行504个样本宽度检测,结果显示毛边锯材外材面宽度识别相对误差率不到0.12%,误差均值在0.13mm以内,所提模型是一种高精度新型非接触性检测外材面宽度的方法。     

激光自混合干涉在微位移测速上的应用

对传统光电码盘测速的原理进行了介绍,分析其精度较低的原因,提出了基于激光自混合干涉技术的一种激光高精度码盘传感器,并设计了数据采集系统。对自混合干涉的基本理论进行了阐述,分析了基于条纹计数法激光测速的原理,并搭建了基于条纹计数法的激光测速模型用于代替传统的光电码盘测速。实验研究了激光自混合输出与被测物体位移之间的关系,实验结果表明基于激光自混合干涉技术的激光码盘在测量精度上比传统光电码盘有很大提高,并且结构简单,适用范围广。     

正交狭缝扫描式激光光束质量测量方法研究

传统激光光束质量测量方法在CCD相机靶面前激光光路上加装可调衰减模块，对激光光束进行衰减。但该方法受限于CCD相机像元尺寸限制，难以进行高精度测量。为此该文提出了一种滚轮狭缝式激光光束质量评价方法，在测量时采用狭缝滚轮上的扫描狭缝直接扫描被测激光光束，使用InGaAs探测器配合聚焦透镜进行测量。经过与电机同轴的高精度增量式编码器确保采集位置与采集数据同步，扫描频率根据被测激光脉冲频率和光斑的直径范围可进行调整，该方法对光斑空间采样分辨率优于1 μm。实验结果表明，采用该方法测得的激光M2因子数值与被测激光器提供数值一致，测量不确定度小于10%。     

线结构光自同步扫描三维形貌测量系统

针对空间目标操控任务中非合作目标近距离三维形貌测量的需求,设计了基于激光三角法原理的线结构光自同步扫描三维形貌测量系统.分析了经典的点扫描测量系统模型,扩展建立了线结构光扫描系统模型.构建了测量系统桌面样机,利用二维平面棋盘靶标构建虚拟立体靶标完成了系统参量的标定.分别对已知结构的工件及天宫一号缩比模型进行了测量实验,结果表明:测量距离为1m时,系统三坐标测量误差均优于1mm,Z向距离误差为0.18mm,测量点到拟合平面的距离误差均值为0.31mm.该系统简化了扫描系统结构,能降低空间载荷的重量和功耗,满足空间任务中快速三维形貌测量的需求.     

激光投影成像式运动目标位姿测量与误差分析

为了实现室内运动目标位姿的高精度测量,建立了一套激光投影成像式位姿测量系统.该系统利用两两共线且交叉排列在同一平面上的点激光投射器作为合作目标捷联在运动目标上,通过与光斑接收幕墙的配合共同组成运动目标位姿测量基线放大系统,利用高速摄像机实时记录幕墙上投影光斑的位置,利用摄像机标定结果求解投影光斑的世界坐标,利用投影光斑之间构成的单位向量建立运动目标位姿解算模型.最后,根据测量原理推导了图像坐标提取、摄像机外部参数标定、光束直线度与目标位姿解算结果之间的误差传递函数.实验结果表明,当摄像机的视场范围为14 000mm×7 000mm时,测量系统的姿态角测量精度为1′(1δ),位置测量精度为5mm,且误差大小与目标位姿测量误差传递函数理论计算值一致,验证了本文提出的目标位姿测量方法与测量误差传递模型的准确性,能够满足目标位姿测量高精度的要求.     

水中单光束扫描激光引信捕获率建模与仿真

为了提高反鱼雷鱼雷(ATT)激光近炸引信对来袭鱼雷的捕获率,首先根据鱼雷目标的激光反射特性,分析了鱼雷目标回波功率随激光束入射角度和入射位置的变化规律。采用空间解析几何方法描述了ATT与来袭鱼雷的交会模型,给出了任意交会距离和姿态时目标回波功率计算方法。根据系统最小探测功率,建立了水中单光束扫描激光引信捕获率蒙特卡罗仿真模型,仿真了系统捕获率随激光脉冲频率的变化关系,获得了探测不同距离目标的最大捕获率和相应的激光扫描频率和脉冲频率。结果表明:当激光扫描频率为15Hz,脉冲频率为4kHz,系统能可靠捕获距离9m内目标。所得系统捕获率仿真模型和结果可为ATT单光束扫描激光引信系统设计提供理论参考。